某皮卡白車身模態(tài)分析

張永棟

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510650）

某皮卡白車身模態(tài)分析

張永棟

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510650）

白車身模態(tài)參數(shù)是影響駕駛舒適性的重要指標(biāo)，同時(shí)低階彈性模態(tài)也反映了車身整體剛度性能。本文以某款皮卡白車身為對(duì)象，進(jìn)行模態(tài)分析，以期獲得白車身的200HZ以下模態(tài)的模態(tài)參數(shù)皮卡白車身的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性為避開共振頻率，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

白車身；模態(tài)分析；動(dòng)態(tài)特性

CLC NO.:U461.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-73-03

前言

白車身模態(tài)參數(shù)是影響駕駛舒適性的重要指標(biāo)，同時(shí)低階彈性模態(tài)也反映了車身整體剛度性能。汽車車型的發(fā)展和更新在很大程度上取決于車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而車身的結(jié)構(gòu)性能對(duì)整車環(huán)保、節(jié)能及舒適及安全性起著重要作用。車身受激勵(lì)后的動(dòng)態(tài)特性是汽車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中需要考慮的首要問題。白車身模態(tài)試驗(yàn)可以直接對(duì)白車身進(jìn)行全面測(cè)試與分析，獲得結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，并根據(jù)得出的車身模態(tài)參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)從而解決產(chǎn)品在使用過程中的振動(dòng)、噪聲、疲勞等實(shí)際問題[1]。目前，反映汽車車身動(dòng)態(tài)特性的設(shè)計(jì)分析，仍然以實(shí)車身試驗(yàn)為主、計(jì)算機(jī)模擬分析為輔。本文以某款皮卡白車身為對(duì)象，進(jìn)行模態(tài)分析，以期獲得白車身的200HZ以下模態(tài)的模態(tài)參數(shù)皮卡白車身的動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性為避開共振頻率，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1、皮卡白車身模態(tài)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)之前，首先建立車身的幾何線框模型來確定測(cè)試點(diǎn)分布以及采集處理模態(tài)參數(shù)。根據(jù)測(cè)點(diǎn)分布、振型節(jié)點(diǎn)等因素，參考車身結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)位置關(guān)系，建立138個(gè)測(cè)點(diǎn)的線框幾何模型，如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)采用單點(diǎn)激振法進(jìn)行白車身模態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為某型型皮卡白車身，白車身包括了翼子板、保險(xiǎn)杠和機(jī)艙蓋等關(guān)鍵部件，車身物理模型如圖2所示。實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析系統(tǒng)由車身激振系統(tǒng)、振動(dòng)響應(yīng)采集系統(tǒng)、車身模態(tài)分析及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三大部分組成。車身采用橡皮繩懸吊，通過選擇橡皮繩柔軟度使懸吊頻率不大于2HZ，近似模擬自由狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)以研究200Hz以下的低頻模態(tài)為主，因此激振信號(hào)采用猝發(fā)隨機(jī)信號(hào)（burst random）。信號(hào)采集系統(tǒng)要完整地保留了原始信號(hào)中的信息，設(shè)置采樣頻率為500Hz，分析頻率為195Hz，采樣頻率為分析頻率的2.56倍以滿足工程采樣定律的要求，采樣時(shí)間約為120 秒。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及模態(tài)分析

白車身設(shè)計(jì)主要關(guān)注 0～100Hz頻率范圍，故在此范圍內(nèi)計(jì)算相應(yīng)的傳遞函數(shù)，獲取各階固有頻率和振型。通過對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)在x、y和z向的加速度進(jìn)行測(cè)試，完成各個(gè)測(cè)點(diǎn)到激勵(lì)點(diǎn)的傳遞函數(shù)的計(jì)算，然后采用傳遞函數(shù)的集總平均進(jìn)行模態(tài)定階，分析所得的模態(tài)參數(shù)如表1所示。

表1 白車身100Hz以下主要模態(tài)參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)測(cè)得前10階（100Hz以下）模態(tài)振型描述如表2，模態(tài)振型如圖3所示。

表2 征服者I 型白車身前10階模態(tài)振型描述

3、結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)對(duì)某轎車白車身進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，得出如下結(jié)論：

（1）白車身一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)中，機(jī)艙蓋橫擺振幅較大，其中又以A柱附近相對(duì)變形幅度最大，說明此處的連接剛度較弱。由于該頻率（27.3HZ）接近怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火爆發(fā)頻率（800/30=26.7HZ），易引起怠速時(shí)整車的舒適性問題。建議加強(qiáng)A柱及其上下接頭的連接剛度。

（2）在第三、第四和第五階模態(tài)以及其余模態(tài)振型中，多次出現(xiàn)機(jī)艙蓋局部模態(tài)，且振幅比較大，表明機(jī)艙蓋剛度弱，需考慮加強(qiáng)，比如機(jī)艙蓋沖壓出加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、優(yōu)化機(jī)艙蓋橫梁的布局、截面形狀、厚度等。另外，在裝配上，機(jī)艙蓋橫梁與鈑金件貼合要緊密，否則，不但不能對(duì)薄板起到減振降噪作用，反而使支撐梁本身成為一個(gè)聲源。

（3）對(duì)于白車身振動(dòng)特性，反應(yīng)整體振動(dòng)形態(tài)的一階扭轉(zhuǎn)和一階彎曲模態(tài)是兩個(gè)重要的模態(tài)。這兩個(gè)模態(tài)頻率如果偏低，則意味著白車身整體剛度偏低。征服者I型皮卡白車身一階彎曲和一階扭轉(zhuǎn)頻率分別為22.6HZ和27.3HZ，對(duì)于其動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性的比較，建議對(duì)同類競(jìng)爭(zhēng)車型白車身結(jié)構(gòu)也做一下實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，以做出更加合理的評(píng)判。

[1] 張建,唐文獻(xiàn),馬寶等.某轎車白車身試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2012,26（2）.

[2] 楊英,趙廣耀,孟凡亮.某轎車白車身模態(tài)分析與試驗(yàn)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版),2008,29(7).

[3] 千禹平,吳建閉.關(guān)于白車身有限元模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的研究[J].上海汽車,2009,1(1).

[4] 張力.模態(tài)分析與實(shí)驗(yàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2011.

[5] 曾文.摩托車車架振動(dòng)分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[D].廣東:華南理工大學(xué),2012.

The Modal Experiment Design of a body-in-white pickup truck

Zhang Yongdong
（Guang Dong Communication Polytechnic, Guangdong Guangzhou 510650）

The parameter of Body-in-white is an important index to control cab comfort. while the lower-order elastic modes also reflects the performance of the overall stiffness of the body. In this paper, a paragraph pickup object BIW, modal analysis, in order to obtain BIW 200HZ following modal modal parameters pickup BIW dynamic vibration characteristics provide the basis for avoiding the resonance frequency, reasonable structure design.

Body-in-white; Modal experiment; Dynamic characteristics

U461.4

A

1671-7988(2015)05-73-03

張永棟，講師，就職于廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向車輛節(jié)能減排。